abaqus梁單元的方向的案例
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列38： 梁單元差異（2）-梁截面方向
如果是線性問題，那么Nastran和Abaqus的精度誤差主要體現(xiàn)在單元算法、邊界處理、MPC約束關(guān)系等，在2017年第二篇：S4殼單元質(zhì)量矩陣研究文章中我們就曾經(jīng)分析過Abaqus的S4殼單元和Nastran的Quad4殼單元質(zhì)量矩陣的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式和差異，在這里主要研究Abaqus、iSolver與Nastran梁單元差異，由于這三款軟件的梁單元的差異較多，我們分幾篇文章來說明，本篇是Abaqus、iSolver和Nastran梁差異（2）-梁截面方向。
2.1 梁截面方向
有限元是求受力情況下的位移等變形情況，也就是位移等未知量和外力存在一定關(guān)系。對(duì)于一根三維實(shí)體梁，梁實(shí)際受到的外力是三維全局空間的，如果直接用全局坐標(biāo)系下三維的力來求梁的受力分析，那么就需要對(duì)梁劃分為三維的體單元求解，網(wǎng)格數(shù)目和計(jì)算效率比較差，一種簡單方法是對(duì)那些細(xì)長的梁（Abaqus認(rèn)為是細(xì)長比>8），此時(shí)可以用簡單的等效為線單元的形式來表達(dá)位移和外力的關(guān)系，這樣只要用一個(gè)線單元就可以表示這個(gè)三維實(shí)體梁了，大大簡化了求解矩陣。
實(shí)際的加載是多個(gè)力的組合，譬如下方采用手輪加載的力、彎矩和扭矩外載荷
但梁的有限元中可以把這個(gè)線單元受力關(guān)系分為：
（1） 軸向拉伸力
（2） 軸向扭轉(zhuǎn)
（3） 橫向彎曲力，可以加力載荷或者彎矩
三部分，此時(shí)每部分都有簡單的位移和外力的公式，也就是存在一個(gè)局部坐標(biāo)系，簡化梁理論總是先求出梁單元局部坐標(biāo)系的剛度和質(zhì)量陣，然后再用三維變換直接轉(zhuǎn)到全局坐標(biāo)系下。
對(duì)（1）（2）軸向的受力，沿梁的軸向方向，而對(duì)（3）彎曲力，沿截面方向。
展開 梁單元截面方向的調(diào)整-方向矢量
其實(shí)個(gè)人主要做機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的分析，很少接觸到需要大量調(diào)整的梁結(jié)構(gòu)。會(huì)考慮寫這樣一篇文章主要源于前幾天夜談會(huì)室友向我們抱怨，說做項(xiàng)目用NX Nastran調(diào)整了120根梁截面的方向，因?yàn)榛w結(jié)構(gòu)是個(gè)圓筒，所以調(diào)整起來異常麻煩。當(dāng)時(shí)我想著沒這么麻煩吧，于是第二天用hypermesh試了下，發(fā)現(xiàn)的確不是很容易，于是就該問題總結(jié)了一些方法，可能不是很好，但有總比沒有好。下面用兩個(gè)例子來進(jìn)行說明：
第一個(gè)案例是這種圓筒結(jié)構(gòu)（平面框架的就不說了），內(nèi)部有橫向以及縱向的U形輻條，其中槽口均朝向各截面圓心處。
圖 1 圓筒框架示意
第二個(gè)案例是任意曲面形式的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部也有一定形式擺放的縱向U形梁，各槽口指向所在曲面的內(nèi)法線方向（第一種的擴(kuò)展）
圖 2 曲面框架示意
1 方向節(jié)點(diǎn)和方向矢量
在進(jìn)行案例的說明之前，有兩個(gè)概念得先和大家說一下，就是梁單元的方向節(jié)點(diǎn)和方向矢量。其實(shí)從文章題目可以看出，我主要想強(qiáng)調(diào)下方向矢量的概念和使用。
圖 3 梁單元坐標(biāo)系創(chuàng)建示意
首先我們得明白一點(diǎn)，梁截面的方向是與單元坐標(biāo)系一致，因此我們的重點(diǎn)在于梁單元的單元坐標(biāo)系是如何建立的。如上圖所示梁單元，單元坐標(biāo)系的原點(diǎn)在單元中心，根據(jù)1（I節(jié)點(diǎn)）→2（J節(jié)點(diǎn)）我們知道了梁單元的X方向，其次，我們指定了一個(gè)方向節(jié)點(diǎn)3（K節(jié)點(diǎn)），那么1→3實(shí)際定義了一個(gè)方向矢量V。利用X方向以及方向矢量V，根據(jù)右手定則（V叉乘X）可以得到單元坐標(biāo)系的Y軸，再使用一次右手定則（X叉乘Y）就得到了Z方向。也就是上圖中的白色（X），綠色（Y），藍(lán)色（Z），這樣截面的Y，Z就直接與單元坐標(biāo)系的Y，Z對(duì)應(yīng)上了。
展開 abaqus實(shí)體-梁單元，實(shí)體-實(shí)體單元，梁-梁單元鉸接設(shè)置
使用多點(diǎn)約束MPC，實(shí)現(xiàn)實(shí)體-梁單元，實(shí)體-實(shí)體單元，梁-梁單元鉸接如何設(shè)置，實(shí)體單元梁彎矩曲線怎么提取？可下載附件，也可觀看視頻。
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15810?nagivator=course
abaqus實(shí)體-梁單元，實(shí)體-實(shí)體單元，梁-梁單元鉸接設(shè)置.rar
Abaqus技巧之變截面梁單元 附使用ABAQUS 生成纖維梁截面下載
變截面梁單元在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用，例如建筑結(jié)構(gòu)中的懸挑梁就經(jīng)常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結(jié)構(gòu)如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實(shí)際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發(fā)現(xiàn)，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section，選擇截面積分為before analysi，然后選擇截面沿長度變化為Tapered，接著指定start 端和 end 端的profile，并輸入相應(yīng)的材料屬性。（如果是B31和B32單元需要定義橫向剪切剛度，一般在1e10左右數(shù)量級(jí)，也可參考幫助文檔的公式進(jìn)行具體計(jì)算，如果需要輸出梁截面的應(yīng)力，則還需要定義output points坐標(biāo)作為應(yīng)力輸出的位置）
其他按照普通梁單元的方式進(jìn)行定義即可，以上就是定義變截面梁單元的具體步驟，使用變截面梁單元需要注意以下幾點(diǎn)：
（a）即使是變截面梁單元首端和末端截面不能相差太大，如果兩端面積或者慣性矩之比大于10.0，則軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)表明截面相差太大。
（b）變截面梁單元截面剛度積分只能基于變形前積分。
（c）對(duì)于一個(gè)幾何梁被劃分為多個(gè)梁單元的情況下，需要對(duì)每個(gè)梁單元分別指定不同的section，如果只定義整個(gè)幾何梁的首端和末端，可能會(huì)使得實(shí)際的梁截面是“鋸齒形”，如下圖所示：
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BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動(dòng)力學(xué)質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)BCC結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮仿真模擬，同時(shí)為減小計(jì)算量，采用梁單元模擬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，壓頭設(shè)置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運(yùn)算速度，為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點(diǎn)陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實(shí)體，然后對(duì)實(shí)體進(jìn)行處理，得到點(diǎn)陣單胞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
b.建立單胞BCC梁單元點(diǎn)陣模型,然后進(jìn)行刪除面的操作，得到單胞BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，接下來進(jìn)行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點(diǎn)陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設(shè)置參考點(diǎn)，模擬萬能試驗(yàn)機(jī)壓頭，剛性單元不參與計(jì)算，不影響計(jì)算結(jié)果，加快運(yùn)算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗(yàn)進(jìn)行裝配，從上到下依次為壓板-點(diǎn)陣-壓板。
3.設(shè)置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應(yīng)力應(yīng)變值見下表所示。
設(shè)置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設(shè)置。
4.設(shè)置分析步Dynamic,Explicit，時(shí)間設(shè)置為5s，以每秒1mm的速度進(jìn)行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
5.設(shè)置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設(shè)置通用接觸。
以下部分為付費(fèi)部分
展開 ABAQUS喵星人教你看懂不同類型單元的應(yīng)力方向
<p><span style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9);">應(yīng)力為典型的張量，具有明顯的坐標(biāo)相關(guān)性，大家常用查看單元應(yīng)力方向的方法為直接通過整體坐標(biāo)系判斷XYZ方向，但這種方法僅適用于實(shí)體單元，對(duì)于其他類型單元（例如殼單元、Beam單元、Truss單元、Cohesive單元等）或特殊坐標(biāo)系下的實(shí)體單元則不再適用，若仍然采用整體坐標(biāo)系判定方向則會(huì)限制對(duì)后處理結(jié)果的解讀。今天喵星人就通過一個(gè)教程帶大家學(xué)習(xí)不同類型單元的應(yīng)力方向應(yīng)該如何看。</span></p><p class="ql-align-center"><strong>1.實(shí)體單元</strong></p><p><br></p><p>默認(rèn)的實(shí)體單元應(yīng)力方向服從整體坐標(biāo)系，若想查看其他坐標(biāo)系下的應(yīng)力情況則需定義其他坐標(biāo)系，建立的方式既可在前處理內(nèi)定義，也可在后處理內(nèi)完成，前后處理中坐標(biāo)系的定義位置如下圖所示。
展開 Abaqus梁單元基礎(chǔ)知識(shí) 附ABAQUS基礎(chǔ)入門與案例精通下載
今天我們介紹一下梁單元的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)：
首先，對(duì)于長度方向大于截面尺寸10倍以上的結(jié)構(gòu)，通過用梁單元簡化，可以有效縮減模型規(guī)模，提高計(jì)算效率。因此，梁單元適用范圍很廣，是常用的結(jié)構(gòu)單元之一。
以下是梁單元的命名規(guī)律：
由于空間梁單元除了拉壓、彎曲自由度外，還具有扭轉(zhuǎn)（翹曲）自由度，所以一般相同邊界載荷條件下，平面梁單元與空間梁單元計(jì)算結(jié)果會(huì)有一些差異，因此，在選擇梁單元時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇。
梁單元按節(jié)點(diǎn)數(shù)量分為兩類：2節(jié)點(diǎn)梁單元、3節(jié)點(diǎn)梁單元
具有不同積分點(diǎn)的梁單元分類如下：對(duì)于單個(gè)單元來說，積分點(diǎn)數(shù)量越多，單個(gè)單元具有更好的柔度，越適合模擬大彎曲變形的結(jié)構(gòu)，如海底光纜。
本文以工字梁作為建模單元：在定義工字梁截面屬性時(shí)，I 的作用如下：定義單元橫截面軸在截面內(nèi)與截面底部的距離。
I=0.2
I=0.6
以下為部分工字梁單元輸出結(jié)果：Abaqus梁單元計(jì)算結(jié)果具有豐富的計(jì)算結(jié)果（幾十種結(jié)果類型），能夠滿足科研、常規(guī)工程的計(jì)算需求。
展開 ABAQUS梁單元的應(yīng)用
此外，用戶必須在整體笛卡爾坐標(biāo)系中定義梁橫截面的方向。從單元的第一節(jié)點(diǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的矢量被定義為沿著梁單元的局部切線t，梁的橫截面與局部切線矢量垂直。矢量n1和n2代表梁橫截面的局部軸。3個(gè)矢量t，n1，n2構(gòu)成了符合右手法則的局部直角坐標(biāo)系，如圖3。
對(duì)于二維梁單元，n1的方向總是（0.0, 0.0, -1.0）。
對(duì)于三維梁單元，給定一個(gè)近似的n1方向，ABAQUS定義梁的n2方向為t×n1。在n2確定后，ABAQUS定義實(shí)際的n1方向為n2×t。上述過程確保了局部切線與局部梁截面軸構(gòu)成了一個(gè)正交系。
4.梁單元的選擇
（1）對(duì)任何涉及到接觸的分析，應(yīng)使用一階、有剪切變形的梁單元（B21，B31）。
（2）如果橫向剪切變形非常重要，則采用Timoshenko（二階）梁單元（B22，B32）。
（3）對(duì)于結(jié)構(gòu)剛度非常大或非常柔軟的結(jié)構(gòu)，在幾何非線性分析中應(yīng)當(dāng)使用雜交梁單元（B21H，B32H，等）。
（4）ABAQUS隱式求解器中，Euler-Bernoulli三次梁單元（B23，B33）模擬承受分布載荷作用的梁有很高的精度。
（5）ABAQUS隱式求解器中，模擬開口薄壁橫截面的結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用應(yīng)用了開口橫截面翹曲理論的梁單元（B31OS，B32OS）。
ABAQUS梁單元的應(yīng)用.pdf
展開 abaqus梁單元的熱分析？
各位大佬，請(qǐng)問abaqus里三維梁單元無法進(jìn)行heat transfer分析嗎，在mesh類型里，選擇heat transfer后單元類型的后面沒有增加T，計(jì)算的時(shí)候也會(huì)報(bào)錯(cuò)，顯示單元缺少屬性定義。
abaqus梁單元粘結(jié)滑移
請(qǐng)問一下各位大佬，有沒有會(huì)做梁單元粘結(jié)滑移的，，請(qǐng)教一下
Abaqus梁單元的應(yīng)用方法
1、 創(chuàng)建梁單元
進(jìn)入Part，創(chuàng)建一個(gè)三維、可變形的平面線框，定義梁長為55mm
2、 定義梁截面性質(zhì)
進(jìn)入Property模塊
(1) 定義屬性
通過Creat Material定義材料屬性，E=200000MPa，μ=0.25
(2) 定義輪廓
通過Create Profile生成梁截面輪廓，半徑定義為10mm
(3) 創(chuàng)建梁截面并賦予截面屬性
通過Create Section創(chuàng)建梁截面，并通過Assign Section賦予截面屬性
3、 定義梁截面方向
通過Assign--Beam Section Orientation定義梁截面方向
4、 創(chuàng)建裝配件
進(jìn)入Assembly模塊，通過Create Instance創(chuàng)建裝配
5、 定義分析步并指定輸出
進(jìn)入Step模塊，通過Create Step定義分析步，并設(shè)置大變形
6、 定義邊界條件并加載
進(jìn)入Load模塊，為梁左端施加固定邊界條件，為梁右端施加y正向100N的載荷
7、 劃分網(wǎng)格
進(jìn)入Mesh為梁劃分網(wǎng)格,單元類型設(shè)置為B31
8、 提交求解
進(jìn)入Job提交求解
9、結(jié)果后處理
求解后，進(jìn)入Visualization，結(jié)果如下圖，分別顯示了beam與solid的應(yīng)力結(jié)果
abaqus梁單元的應(yīng)用實(shí)例.pdf
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通過HyperMesh調(diào)整Abaqus復(fù)合材料實(shí)體單元的法向（掃略方向） ￥5
通過HyperMesh調(diào)整Abaqus實(shí)體單元的法向（掃略方向）
在Abaqus中進(jìn)行復(fù)合材料實(shí)體單元建模時(shí)，有時(shí)候會(huì)遇到單元掃略方向不是我們想要的那種狀態(tài)，為了得到正確的單元信息，需對(duì)單元掃略方向進(jìn)行調(diào)整
這樣才能保證復(fù)合材料鋪層是從下往上，而不是從有到左
為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需進(jìn)行如下步驟
ABAQUS實(shí)體、殼、梁單元的軸力、剪力、彎矩的提取方式及準(zhǔn)確性驗(yàn)證 ￥8
在ABAQUS中，對(duì)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件進(jìn)行受力分析除了分析應(yīng)力云圖之外，通常還需要對(duì)部件的軸力、剪力或彎矩的變化趨勢進(jìn)行分析。本帖基于以下的實(shí)體solid、殼shell、梁/beam（truss）模型，分別提取這三類模型的軸力、剪力、彎矩，并與理論計(jì)算相結(jié)合，驗(yàn)證提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，并解釋相應(yīng)有限元的計(jì)算原理。
計(jì)算模型
梁單元計(jì)算結(jié)果
實(shí)體單元計(jì)算結(jié)果
殼單元計(jì)算結(jié)果
帖子內(nèi)容概況
Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接 附基于ABAQUS對(duì)螺栓斷裂問題仿真分析下載
螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。
（1）建立三維實(shí)體的螺栓模型，包括螺紋結(jié)構(gòu)；
（2）建立三維實(shí)體的螺栓模型，忽略螺紋結(jié)構(gòu)；
（3）建立三維實(shí)體的螺栓模型，由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設(shè)置螺紋接觸；
（4）利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。
本次以梁單元模擬螺栓為例，簡單闡述其應(yīng)用。利用梁單元模擬螺栓與實(shí)體螺栓相比優(yōu)勢比較明顯，模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易，同時(shí)梁單元也能有效反應(yīng)螺栓的受力情況，在很多情況下比較適用。
螺栓的模擬通常需要考慮預(yù)緊力的作用，利用CAE方法模擬螺栓預(yù)緊力的過程主要由三個(gè)載荷步完成，下面的例子會(huì)涉及。
建立如下所示的模型，三個(gè)部件，兩塊板和一根梁，其中梁是一個(gè)3D wire，建立一條線即可。
圖1
材料屬性定義的時(shí)候，梁單元需要指定梁截面，如下圖所示。
圖2
梁的截面形狀可以根據(jù)需要指定，本次為圓形截面，半徑為10，如下圖所示。
圖3
同時(shí)，梁單元還需要指定方向，通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation，給出其中的n1向量，這里注意，梁的軸向是由向量t表示的，n1和n2兩個(gè)向量決定梁截面，其中t向量和n1、n2兩個(gè)向量決定的平面垂直。
本次定義n1向量為0,0,-1，最終梁的方向定義完成如下所示。
圖4
之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關(guān)位置建立MPC連接，如下所示。
圖5
梁單元的兩端節(jié)點(diǎn)分別與螺栓螺帽位置處的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行MPC連接，連接形式可以由多種，這里選擇Beam連接。
定義多個(gè)載荷步，其中前三個(gè)載荷步用于施加螺栓預(yù)緊力。
展開 【軟件使用】Abaqus技巧之變截面梁單元
變截面梁單元在工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用，例如建筑結(jié)構(gòu)中的懸挑梁就經(jīng)常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結(jié)構(gòu)如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實(shí)際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發(fā)現(xiàn)，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section，選擇截面積分為before analysi，然后選擇截面沿長度變化為Tapered，接著指定start 端和 end 端的profile，并輸入相應(yīng)的材料屬性。（如果是B31和B32單元需要定義橫向剪切剛度，一般在1e10左右數(shù)量級(jí)，也可參考幫助文檔的公式進(jìn)行具體計(jì)算，如果需要輸出梁截面的應(yīng)力，則還需要定義output points坐標(biāo)作為應(yīng)力輸出的位置）
其他按照普通梁單元的方式進(jìn)行定義即可，以上就是定義變截面梁單元的具體步驟，使用變截面梁單元需要注意以下幾點(diǎn)：
（a）即使是變截面梁單元首端和末端截面不能相差太大，如果兩端面積或者慣性矩之比大于10.0，則軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)表明截面相差太大。
（b）變截面梁單元截面剛度積分只能基于變形前積分。
（c）對(duì)于一個(gè)幾何梁被劃分為多個(gè)梁單元的情況下，需要對(duì)每個(gè)梁單元分別指定不同的section，如果只定義整個(gè)幾何梁的首端和末端，可能會(huì)使得實(shí)際的梁截面是“鋸齒形”，如下圖所示：
以上，就是abaqus中變截面梁單元的定義，具體操作視頻可關(guān)注公眾號(hào) 有限元術(shù) 查看
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